ミライくん、ここに一本の長いロープがあるけれど、これを二人で両端から持って、同時に上下に揺らしてみたらどうなると思う？

ふふ、普通はそう思うよね。でも、お互いが「同じ速さ、同じ高さ、同じリズム」できれいに揺らし続けると、不思議なことが起きるんだ。波が右や左に動くのをやめて、まるである場所でその場足踏みをしているような、巨大な波が現れるんだよ。

いいところに気がついたね。その「進んでいるように見えない波」のことを、物理では「定常波」と呼ぶんだ。今日はこの不思議な波の正体を解き明かしていこう。

キーワードは「重ね合わせ」だ。ミライくん、右から進んできた波と、左から進んできた波が重なったとき、その場所の高さはどうなると思う？

その通り！まさにそれこそが定常波の正体なんだ。右へ進む波と左へ進む波が、至る所で「足し算」された結果なんだよ。

そう。場所によって「常に足し算で大きくなるところ」と「常に引き算で消えてしまうところ」が固定されてしまうんだ。ミライくん、定常波をよく観察すると、全く動かない点があることに気づくはずだ。これを「節（ふし）」と呼ぶんだよ。

イメージは近いね。節の場所では、右からの波と左からの波が、いつでも「山と谷」の関係になっていて、プラスマイナスゼロで全く動かないんだ。一方で、その中間にはものすごく激しく上下に揺れる場所ができる。ここを「腹（はら）」と呼ぶんだよ。

面白い呼び方だよね。腹は、右からの波と左からの波がいつでも「山と山」や「谷と谷」として協力し合っている場所なんだ。だから、元の波の２倍の高さまで大きく揺れることになる。

それはね、波の「速さ」と「形」が全く同じだからんだ。例えば、ミライくんが右に秒速１メートルで歩いていて、僕が左に秒速１メートルで歩いているとする。すれ違う瞬間、僕たちの真ん中の地点は、いつ見ても「二人の距離のちょうど中心」として止まって見えるよね。

その感覚だよ。ここで、定常波の見た目の特徴を整理してみよう。まず、定常波には「波長」という概念があるけれど、これは元の進んでいる波と同じ長さなんだ。ただし、腹から隣の腹までの距離、あるいは節から隣の節までの距離は、波長の半分になる。ここがテストでよく狙われるポイントだね。

物分かりがいいね！その通り。じゃあ、ミライくん。この定常波、私たちの身の回りのどこで見ることができると思う？

お風呂もいい例だね！壁に跳ね返ってきた波と、自分が作った波が重なると定常波ができる。もっと身近なのは「楽器」だよ。ギターの弦を弾いたとき、弦は右や左に移動していないよね？その場で震えているだろう。

そうなんだ！弦の両端は固定されているから、絶対に動けない「節」になる。そして真ん中の震えている部分が「腹」だ。ピアノの弦も、リコーダーの空気の震えも、全部この定常波の仕組みで音が鳴っているんだよ。

物理は世界のルールを見つける学問だからね。さて、定常波についてもう一つ大事な性質を教えよう。普通の波（進行波）は、エネルギーを遠くまで運んでいくよね。津波が遠くの街まで力を運んでしまうように。でも、定常波はエネルギーを運ばないんだ。

揺れてはいるけれど、その場にとどまっているんだよ。右に行こうとするエネルギーと、左に行こうとするエネルギーが、ちょうどその場でキャッチボールをしているような状態なんだ。だから、定常波は「その場にエネルギーを貯めている」という言い方をするんだよ。

ははは、面白い表現だね。でも、その「行けなくなったエネルギー」が、楽器の音として私たちの耳に届くんだから、とても大切な役割を持っているんだ。ミライくん、定常波のイメージは掴めたかな？

よかった。物理の式や名前は難しそうに見えるけれど、中身はとてもシンプルなんだ。最後に、これだけは覚えておいてほしいというポイントをまとめておこう。